专利名称：带编码器的小型电动机的制作方法
技术领域：
本发明涉及交流伺服电动机等小型电动机，特别涉及转轴的转轴位置的编码器。
背景技术：
在交流伺服电动机等小型电动机中，为了检测转轴的旋转角度及转子的磁极位置，采用磁旋转编码器。图5所示为专利文献1所述的以往的磁旋转编码器一个例子的侧面剖视图。在该图中，1为圆盘状信号记录媒体，安装在电动机本体10的转轴11上。
3为圆盘状的信号记录磁体，通过隔离板4放置在上述记录媒体1上，安装在转轴11的上端。该信号用磁体3与电动机本体10的未图示的转子磁极位置相对应进行充磁。另外，5为玻璃环氧等非磁性体形成的电路基板5，在与信号用磁体3的相对面5S上，设置由磁阻效应元件或霍尔元件构成的磁传感器6a～6c，同时设置未图示的检测电路。在信号记录媒体1的外周面上，在其整个圆周隔一定间隔交替磁化，形成N极和S极。磁传感器(在图中为磁组元件)2隔一定间隔与信号记录媒体1的外周面相对配置。该磁传感器2利用信号记录媒体1的旋转(即转轴11的旋转)，接受在外周面隔一定间隔磁化的磁极所产生的磁场变化，输出旋转检测信号。
若驱动电动机本体10，随着转轴11的旋转而信息记录媒体1旋转，则磁传感器2利用在信号记录媒体1的外周面隔一定间隔磁化的磁极的磁场变化，输出旋转检测信号。将旋转检测信号取入未图示的检测电路，来检测转轴11的旋转位置。
若随着转轴11的旋转而信号用磁体3旋转，则磁极位置相对于电路基板5上的磁传感器产生相对变化。通过这样，各磁传感器6a～6c输出U相、V相、W相的三相检测信号。将这些三相检测信号取入电路基板5内的检测充路，可检测出自动机本体10的未图示的转子磁极位置。
另外，专利文献2中提出了对安装在机体上的伺服电动机以规定的位置关系安装编码器的方法。
特开平06-88705[专利文献2]特开2001-293276但是，在以往的结构中存在以下那样的问题。磁极检测用的信号用磁体与转轴的旋转位置检测用的信号记录媒体是分别构成的，电动机难以小型化。另外，编码器所花费的构件费用是成本上升的主要原因。由于驱动磁体的磁极位置与编码器部分的信号用磁体的位置对准、以及转轴与转轴的旋转位置记录媒体的位置对准是在各自不同的工序中进行，因此位置对准作业复杂。另外，为了对安装在机架上的伺服电动机以规定的位置关系安装编码器，由于在将转轴固定在外部驱动体之后，对准编码器的旋转位置，安装在电动机上，或安装在安装电动机的机架上，因此作业要求熟练。
本发明是在上述背景下进行的，其目的在于提供带有小型而且组装精度高的交流伺服电动机等小型电动机的驱动磁体的磁极检测与转轴的旋转位置检测一体化的编码器的小型电动机。
发明内容
为了解决上述问题的本发明的第1形态的电动机，具有驱动用磁体、具有与该驱动用磁体相对的驱动绕组的电动机本体、以及编码器，该编码器具有在同一面内形成与该电动机本体的该驱动用磁体的各磁极相对应的磁极位置的磁信号、以及该电动机本体转轴的旋转位置的磁信号的信号用磁体，该信号用磁体的磁信号在与该转轴垂直的面内形成。
在这种情况下，所述信号用磁体可以沿半径方向分割形成产生所述磁极位置的磁信号的磁极位置用磁化部分、以及产生所述转轴旋转位置的磁信号的旋转位置用磁化部分。
通过采用这样的结构，由于在一个信号用磁体的同一面形成与该驱动用磁体的各磁极相对应的磁极位置的磁信号、以及该转轴旋转位置的磁信号，因此不需要像以往那样分别设置磁极位置的磁信号用磁体及转轴旋转位置的磁信号用磁体。通过这样，编码器能够小型化，而且还能够一次进行该驱动磁体的磁极检测及转轴的旋转位置检测的位置对准。
由于该信号用磁体的磁信号在与该转轴垂直的面内形成，因此在与该信号用磁体相对的一个传感器基板上，能够形成磁极位置检测用的磁传感器、以及旋转位置检测用的磁传感器。用于不需要对每个磁传感器设置传感器基板，因此能够小型化。
作为本发明的第2形态，最好是在第1形态的电动机中，具有设置基准位置标记的该电动机本体的该转轴、以及该转轴旋转位置的磁信号将N极及S极各磁化180°的该信号用磁体，在与该转轴垂直的面中，将连接该转轴的中心与该基准位置标记中心的线段、和连接该转轴与该信号用磁体的旋转位置磁信号的从N极向S极转换点的线段的夹角设为一定。
在这种情况下，所述基准位置标记可利用能够目视判别而形成的切口部分、沟槽部分、利用激光形成的记号部分的任一种方法很容易形成。
通过采用这样的结构，在与该转轴垂直的面中，该转轴的基准位置标记中心的旋转位置磁信号，即使是不同电动机之间也相同。通过这样，在将该电动机与外部驱动系统连接时，由于将该转轴的该基准位置标记作为基准进行安装，因此即使是不同的电动机中，旋转位置的磁信号也能够为同相位。
在本发明中，由于电动机含有驱动用磁体、具有与该驱动用磁体相对的驱动绕组的电动机本体、以及编码器，该编码器具有在同一面内形成与该电动机本体的该驱动用磁体的各磁极相对应的磁极位置的磁信号、以及该电动机本体转轴的旋转位置的磁信号的信号用磁体，该信号用磁体的磁信号在与该转轴垂直的面内形成，因此不需要像以往那样分别设置磁极位置的磁信号用磁体及转轴旋转位置的磁信号用磁体，因此能够使编码器小型化。
由于用一个信号用磁体形成上述两种信号，因此在组装作业中两信号的位置不会变化。另外，不需要进行以往的使磁极位置的磁信号及该转轴旋转位置的磁信号对准规定位置的作业。
由于所述驱动用磁体与所述信号用磁体是分别构成，因此能够形成不容易受到来自该驱动用绕组的电磁干扰、带制动器的伺服电动机使用的制动器用电磁绕组干扰的影响，所以能够构成可靠性高的电动机。
图1(A)为本发明有关的一实施形态的电动机侧面剖视图，(B)为传感器基板上配置的磁传感器的配置图。
图2为本发明有关的一实施形态中编码器部分的信号用磁体磁化图形的示意图。
图3为本发明有关的一实施形态中来自编码器部分的磁传感器的磁极信号及旋转位置信号的波形图。
图4为本发明有关的第2实施形态中来自编码器部分一侧的电动机的简要正视图。
图5为以往的带编码器的电动机的主要部分剖视图。
3 信号用磁体5 基板6 磁传感器6a、6b、6c 磁传感器7 磁传感器10 电动机本体11 转轴12 驱动磁体13 驱动绕组15 支持磁轭20 编码器部分30 电动机31 旋转位置用磁化部分32 磁极位置用磁化部分41 基准位置对准用标记具体实施方式
以下，根据
实施本发明用的最佳形态。
图1所示为本发明第1实施形态有关的电动机，图1(A)所示为电动机的主要部分剖视图，图1(B)所示为传感器基板上安装的传感器配置示意图。图2为信号用磁体的磁极位置用磁信号及旋转位置用磁信号的磁化图形示意图。图3为转轴相对于转轴机械角旋转时磁极检测磁传感器的输出信号及旋转位置检测磁传感器的输出信号经过波形整形而得到的旋转位置检测信号。
如图1所示，电动机30由电动机本体10与编码器部分20构成。电动机本体10具有外壳14，在其内部分装有固定在转轴11上的驱动用磁体12、及以同心圆状包围该驱动用磁体12的外周的驱动用绕组13。转轴11的端部分别在编码器部分20一侧及编码器部分20的相反一侧突出。
编码器部分20为了防止从外部有磁干扰进入，利用磁性体构成的杯状罩壳8覆盖。在罩壳8的内部，转轴11的端部突出，在其外周固定铝制圆盘状支架9。在支架9的转轴11的突出端一侧，在磁性体制成的支持磁轭15固定在转轴11或支架9上。在该支持磁轭15的表面安装信号用磁体3。在转轴轴线上离开信号用磁体3的位置处，与支持磁轭15平行螺旋固定传感器基板5。在传感器基板5上与信号用磁体3相对的位置，固定磁极位置检测用磁传感器6(包括6a、6b、6c)、以及旋转位置检测用磁传感器7。作为磁传感器，是采用霍尔元件或MR(磁阻)元件。在本实施例中，由于是三相交流驱动的交流伺服电动机，因此磁极位置检测用磁传感器采用三个，但可以根据驱动电流的相数来选择个数。
如图2所示，信号用磁体3为环形，在中心形成孔33。在与转轴11垂直的同一面上，沿半径方向分割为内侧及外侧，形成旋转位置用磁化部分31及磁极位置用磁化部分32。由于在同一面上设置磁化部分，因此其特征在于，能够同时对磁极位置的磁信号及旋转位置的磁信号进行磁化，另外相对于分别对两信号进行磁化的方法，能够构成两信号的磁化位置没有偏移的磁化图形。作为信号用磁体3，可以使用铁氧体磁体或稀土类磁体。
在磁极位置用磁化部分32，形成与电动机部分10的驱动用磁体12的磁极数相同的磁极数。在传感器基板5上的与磁极位置用磁化部分32相对的位置，固定磁极位置检测用磁传感器6a～6c。旋转位置用磁化部分31的N极和S极各磁化180°。在传感器基板5上的与旋转检测用磁化部分31相对的位置，固定旋转位置检测用磁传感器7。
(动作)下面说明实施例1的电动机的动作。若分别输出图3所示的U相、V相、W相的信号Su、Sv、Sw，则根据该信号，由未图示的电动机驱动电路依次使驱动电流流过U相、V相、W相的驱动绕组，使转轴11旋转。利用转轴11的旋转，磁极检测用磁传感器6a～6c接受信号用磁体3的磁极位置用磁化部分32的磁场变化，将该三相信号取入未图示的检测电路，检测电动机本体10的驱动用磁体的磁极位置。
另外，利用转轴11的旋转，旋转位置检测用磁传感器7接受信号用磁体3的旋转位置用磁化部分31的磁场变化，输出图3所示的信号Sr。由于在本实施例的旋转位置用磁化部分31形成各180°的N极及S极，因此信号Sr具有一转一个周期的相位。另外，从N极转换为S极和从S转换为N极，由于每一转分别是一个脉冲，因此能够将前述磁极转换点的某一点作为旋转位置原点，用未图示的检测电路进行识别。另外，在本实施例中，如图2所示，使信号用磁体3的磁极检测用磁化部分32的从一个N极向S极的转换点、与旋转位置检测用磁化部分31的从N极向S极的转换点一致(图2的A)，但也可以沿旋转方向错开。
在对电动机本体10安装编码器时，为了使转轴11旋转，必须要有规定的位置关系(转角)，下面对此进行说明。在本实施例中，电动机本体10的驱动绕组13含有U相、V相、W相的三个绕组，对它们必须流过相位各相差120°的正弦波电流。在编码器20的磁极位置检测用磁化部分32的磁极位置沿旋转方向与驱动磁体12的磁极位置一致时，即使将磁极位置检测用的磁传感器6a～6c的输出信号(转子相位信号)照原样保持相位，通过未图示的驱动电路对驱动绕组13通电，转轴11也不旋转，或者不平稳旋转，或者不输出所希望的转矩。因此，信号用磁体3的旋转位置检测用磁化部分32的磁极的相位与驱动磁体12的磁极的相位必须错开规定的机械角度(或电角度)。这里所说的规定的机械角度(或电角度)是为了正常进行旋转控制而必需的驱动的电动机的转子极数、驱动电流的相数、驱动电路等的角度，是随着电动机设计变化而变化的角度。
在第1实施形态中，由于在一个信号用磁体的同一面形成与该驱动用磁体的各磁极相对应的磁极位置的磁信号、以及该转轴旋转位置的磁信号，因此不需要像以往那样分别设置磁极位置的磁信号用磁体及转轴旋转位置的磁信号用磁体。通过这样，编码器能够小型化，而且还能够一次进行该驱动磁体的磁极检测及转轴的旋转位置检测的位置对准。
图4所示为本发明第2实施例的从编码器20一侧来看的电动机30的内部。另外，第2实施例的电动机沿轴向的剖视图与图1(A)相同。
在图4中，在转轴11上形成基准位置标记41。基准位置标记41可以是D面切口、沟槽、利用激光形成的记号等能够目视判别的标记。在本实施例中，图示为将D面切口作为基准位置标记41。
在转轴11上固定驱动用磁体12，配置同心圆状包围其外围的驱动用绕组13。关于基准位置标记41与信号用磁体3的位置对准，是将连接转轴11的中心与基准位置标记41的中心的线段、和连接转轴11与信号用磁体3的旋转位置磁信号的从N极向S极转换点的线段的夹角固定错开实施例1中说明的规定的机械角度(或电角度)。驱动用磁体12固定在转轴11上，是满足实施形态1说明的驱动用磁体12与信号用磁体3的旋转检测用磁化部分32的磁极位置的关系进行的。通过采用这样的结构，转轴11的基准位置标记41与编码器的旋转位置原点的相位差即使在不同的电动机中也相同。
在本实施例中，将信号用磁体3的旋转位置的磁信号的N极及S极各磁化180°，设置基准位置标记41的电动机本体10的转轴，由于在与该转轴垂直的面中连接该转轴的中心与该基准位置标记的中心的线段、和连接该转轴与该信号用磁体的旋转位置磁信号的从N极向S极转换点的线段的夹角设为一定，因此即使在不同的电动机中，与转轴11的基准位置标记11的编码器的旋转位置原点的相位差也相同。
通过这样，在对准转轴11的旋转位置与外部驱动体固定时，若以基准位置标记41作为基准进行固定，则转轴11的旋转位置(编码器的旋转位置信号)相同。由于不需要像以往那样，在与固定轴11固定外部驱动体之后，一面监视编码器的旋转位置信号，一面进行调整安装，因此能够简化组装调整，同时能够使安装空间小型化。
(本实施形态的效果)作为具体的例子，举例有带编码器组装功能的缝纫机的缝针驱动用电动机。在将构成电动机的转轴与缝针驱动轴安装时，重要的一点是固定在缝纫机机架上的电动机与转轴按规定的位置关系(相位)进行安装。若采用本实施例的电动机作为电动机的一转使缝针上下一次的驱动源，则缝针是处于缝制的布料的上方(梭心的上方)，还是处于布料的下方(梭心内)，就能够根据旋转检测信号Sr的旋转位置原点进行判别。一般的缝针控制为在缝制的布料的上方位置停止。在本实施例中，若设定该基准位置标记41与旋转位置原点的角度，使得旋转位置原点的信号处于布料的上方，则能够利用编码器的旋转位置原点来进行控制。另外，由于转轴11的旋转原点处于正确的位置关系，因此由于只要以基准位置标记41作为基准与缝纫机的驱动体安装即可，所以操作性提高。
以上对本发明具体进行了说明，但本发明不限于前述实施形态，在不超出其要点的范围内，能够进行各种变化。
按照以上所述，根据本发明，能够提供带有小型而且组装精度高的交流伺服电动机等小型电动机的驱动磁体的磁极检测与转轴的旋转位置检测一体化的编码器的小型电动机。
权利要求
1.一种电动机，其特征在于，具有驱动用磁体、具有与该驱动用磁体相对的驱动绕组的电动机本体、以及检测机构，该检测机构具有在同一面内形成与该电动机本体的该驱动用磁体的各磁极相对应的磁极位置的磁信号、以及该电动机本体转轴的旋转位置的磁信号的信号用磁体，该信号用磁体的磁信号在与该转轴垂直的面内形成。
2.如权利要求1所述的电动机，其特征在于，具有设置基准位置标记的所述该电动机本体的所述转轴、以及该转轴旋转位置的磁信号将N极及S极各磁化180°的所述信号用磁体，在与所述转轴垂直的面中，将连接该转轴的中心与所述基准位置标记中心的线段、和连接该转轴与该信号用磁体的旋转位置磁信号的从N极向S极转换点的线段的夹角设为一定。
3.如权利要求2所述的电动机，其特征在于，所述基准位置标记是能够目视判别的切口部分、沟槽部分、利用激光形成的记号部分的任一种。
4.如权利要求1所述的电动机，其特征在于，所述信号用磁体沿半径方向分割形成产生所述磁极位置的磁信号的磁极位置用磁化部分、以及产生所述转轴旋转位置的磁信号的旋转位置用磁化部分。
全文摘要
本发明揭示一种带有小型而且组装精度高的交流伺服电动机等小型电动机的驱动磁体的磁极检测与转轴的旋转位置检测一体化的编码器的小型电动机。该电动机含有驱动用磁体、具有与该驱动用磁体相对的驱动绕组的电动机本体、以及编码器，所述编码器具有在同一面内形成与该电动机本体的该驱动用磁体的各磁极相对应的磁极位置的磁信号、以及该电动机本体转轴的旋转位置的磁信号的信号用磁体，该信号用磁体的磁信号在与该转轴垂直的面内形成。
文档编号H02K29/08GK1815860SQ200610004668
公开日2006年8月9日 申请日期2006年1月26日 优先权日2005年2月1日
发明者泷本巌 申请人:日本电产三协株式会社